Радиоактивность.
Явление радиоактивности. Атомное ядро (сечение, заряд, масса). Собственный и орбитальный спин нуклона. Спин ядра, связь с четностью числа нуклонов. Стабильные и радиоактивные нуклиды. Энергия связи ядра. Энергия возбуждения ядра, ее дискретность. Неустойчивость возбужденных ядер. Изомеры. Закон сохранения массы- энергии, его использование для расчета энергетических эффектов ядерных превращений.
Типы радиоактивного распада. Альфа-распад. Правило сдвига. Соотношение масс атомов при α -распаде. Спектр α - частиц, тонкая структура спектра. Туннельный эффект при α -распаде. Закономерности бета-распада. Три типа бета-распада (β − и β + -распады, электронный захват). Превращения нуклонов ядра при бета-распаде. Конкуренция видов распада. Устойчивость изобар к бета-распаду. Бета-частицы. Непрерывность и форма спектра бета-частиц. Нейтрино и антинейтрино. Средняя энергия частиц. Аннигиляционное излучение. Электронный захват. Вторичные процессы после электронного захвата (характеристическое рентгеновское излучение, каскад Оже). Метастабильное состояние, изомерный переход. Ширина уровня и время жизни ядра в возбужденном состоянии. Дискретность спектра гамма-излучения. Внутренняя конверсия γ -излучения и процессы разрядки возбужденной электронной системы. Электроны конверсии, оже-электроны, рентгеновское характеристическое излучение. Схематическое изображение различных типов ядерных превращений. Примеры схем радиоактивных распадов.
Кинетика радиоактивного распада. Основной закон распада. Период полураспада и среднее время жизни. Абсолютная и регистрируемая активность. Накопление радионуклида. Радиоактивные равновесия. Радиоактивные ряды и семейства. Кинетика накопления и распада ядер в рядах генетически связанных нуклидов.
 

Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.
Введение (некоторые определения и физические величины). Ионизирующее излучение, ионизация. Ядерное излучение: корпускулярное, фотонное, непосредственно или косвенно ионизирующее. Заряд, масса, радиус элементарных частиц, ядер и атомов. Электронная плотность вещества. Энергия связи электронов, энергия ионизации атомов (молекул), энергия диссоциации химической связи. Поток, плотность потока, поток энергии, излучения, перенос (флюенс) частиц и энергии. Локальность и каскадный характер взаимодействия излучений с веществом.
Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом. Характеристика альфа-частиц: заряд, масса, спектр α -излучения радионуклидов, кинетическая энергия и скорость перемещения частиц, появляющихся при α -распаде и ядерных реакциях. Протоны. Основные механизмы передачи (потери) кинетической энергии. Неупругое взаимодействие: ионизация и возбуждение атомов. Вероятность упругого рассеяния. Ионизация среды, дельта-лучи. Средние потери энергии на единицу длины пробега - формула Бете. Линейная передачи энергии (ЛПЭ). Процессы при замедлении: захват электронов и перезарядка частиц. Зависимость удельной ионизации воздуха от пробега (кривая Брегга). Трек и пробег α -частиц. Эмпирические формулы для определения пробега в воздухе и в конденсированных средах. Ослабление потока α -частиц. Особенности регистрации α -излучения. Последствия воздействия α -излучения на биологические объекты.
Взаимодействие бета-излучения с веществом. Заряд, масса, кинетическая энергия и скорость перемещения β -частиц. Непрерывное энергетическое распределение β -частиц.
Основные механизмы передачи энергии: ионизационные и радиационные потери (тормозное излучение). Неупругое взаимодействие - ионизация и возбуждение атомов. Тормозное электромагнитное излучение: спектр, интенсивность и эквивалентная доза тормозного излучения. Черенковское излучение. Соотношение потерь на ионизацию и тормозное излучение в зависимости от энергии частиц и электронной плотности облучаемого материала. Формулы Бете и Гейтлера. Эмпирическая оценка ионизационных и радиационных потерь. Удельная ионизация воздуха. Поглощение энергии и трек β -частиц в воде. Проникающая способность и максимальный пробег β -частиц. Ослабление потока бета-частиц. Коэффициент ослабления, зависимость коэффициента ослабления от энергии частиц и электронной плотности вещества-поглотителя. Экспоненциальный закон ослабления и границы его применения. Самоослабление и обратное рассеяния β -излучения. Влияние условий измерения на величину регистрируемой активности, учет тормозного излучения.
Количественные характеристики потерь энергии заряженными частицами. Тормозная способность и линейная передача энергии. Сравнение ЛПЭ для α - и β -излучения.
Взаимодействие гамма-излучения с веществом. Корпускулярно-волновая природа микрочастиц и электромагнитного излучения. Энергия и длина волны жесткого электромагнитного излучения (гамма, рентгеновское и тормозное излучение). Основные механизмы передачи энергии. Фотоэффект, зависимость сечения фотоэлектрического поглощения от энергии фотонов и заряда ядер облучаемого материала. Резонансное фотопоглощение. Процессы, сопровождающие фотопоглощение: рентгеновская флуоресценция, каскад Оже. Комптоновское рассеяние, зависимость вероятности рассеяния от энергии фотона и электронной плотности среды. Пространственное и энергетическое распределение комптоновских электронов. Рассеянное гамма-излучение, его энергия и угловое распределение. Обратное рассеяние. Эффект образования пары электрон-позитрон. Пороговая энергия, сечение процесса. Сравнение сечений трех первичных процессов передачи энергии веществу на примере алюминия, свинца и иода. Области преобладания отдельных механизмов. Экспоненциальный закон ослабления потока γ -квантов. Коэффициенты поглощения. Зависимость массового коэффициента ослабления от энергии γ -излучения. Проникающая способность γ -излучения, слой половинного ослабления. Ионизирующее действие жесткого электромагнитного излучения.
Краткая характеристика прочих процессов взаимодействия (томпсоновское рассеяние, когерентное рассеяние и дифракция, ядерные реакции). Испускание и поглощение γ -квантов ядрами без потери части энергии излучения на отдачу (эффект Мессбауэра).
Взаимодействие нейтронов с веществом.
Основные характеристики частицы. Нейтроны тепловые, надтепловые, резонансные, быстрые. Источники быстрых нейтронов. Элементарная теория замедления (рассеяния) быстрых нейтронов. Передача энергии при упругих соударениях с ядрами. Средняя логарифмическая потеря энергии. Пробег (проникающая способность) быстрых нейтронов. Диффузия тепловых нейтронов, длина миграции, среднее время жизни теплового нейтрона. Поглощение тепловых нейтронов. Характеристика различных замедлителей. Ионизация среды при прохождении нейтронов. Кинетическая энергия ядер отдачи. Ослабление потока быстрых нейтронов. Поглощенная и эффективная доза при воздействии нейтронного потока на биологические объекты. Конструкция защитных экранов. Методика регистрации нейтронов.
Упругое рассеяние и дифракция тепловых нейтронов на кристаллической решетке. Общие сведения о нейтронографии.
 

Ядерные реакции.
Общие сведения о ядерных реакциях: механизм, типы реакций, эффективное сечение. Энергетические эффекты ядерных реакций, законы сохранения энергии и импульса, дефект масс. Кулоновский потенциальный барьер. Энергетический порог реакции. Экзо- и эндоэнергетические превращения. Энергия ядер отдачи при испускании частиц и фотонов.
Реакции с участием тепловых нейтронов. Радиационный захват, примеры (n, γ)-реакций. Реакции на быстрых нейтронах: (n, α), (n, p), (n, 2n) и другие. Фотоядерные реакции. Пороговая энергия фотонов. Примеры реакций, активированных γ -излучением. Превращения ядер при взаимодействии с тяжелыми заряженными частицами. Зависимость сечения реакции от энергии бомбардирующей частицы. Примеры ядерных превращений, активированных природными α -излучателями. Использования реакций для получения радионуклидов. Активационной анализ. Реакции при детектировании и поглощении нейтронов.
Накопление радионуклида в облучаемой мишени. Расчет абсолютной активности. Частные случаи большого и малого времени облучения. Макросечение реакции. Случай тонкой мишени. Случай толстой мишени.
 

Регистрация и измерение ионизирующих излучений.
Общие принципы регистрации излучений. Методы регистрации и детекторы ионизирующих излучений.
Ионизационные методы. Газовые ионизационные камеры и счетчики. Принцип работы. Вольт-амперная и счетная характеристики. Области рабочих напряжений различных типов детекторов. Токовая ионизационная камера. Пропорциональный счетчик, наполнение, газовое усиление. Счетчик Гейгера-Мюллера, развитие разряда в счетчике. Самогасящиеся и галогенные счетчики. Конструкции счетчиков для регистрации бета-, гамма- и нейтронного излучения. Эффективность регистрации, фон и разрешающее время газовых детекторов.
Полупроводниковый детектор. Собственная и примесная проводимость. Полупроводник как рабочее вещество детектора - процессы преобразования энергии, формирование импульса тока. Конструкции детекторов альфа- и гамма- излучения. Эффективность регистрации, фон и разрешающее время полупроводниковых детекторов.
Сцинтилляционные методы. Принцип работы сцинтилляционных детекторов. Устройство и подключение фотоэлектронного умножителя. Процессы преобразования энергии частиц (фотонов) в сцинтилляционным детекторе, формирование сигнала детектора. Особенности вольтамперной и счетной характеристик. Классификация и характеристика основных типов сцинтилляторов: спектр испускаемых фотонов, время высвечивания, световой выход, прозрачность. Жидкие сцинтилляторы: растворители, активаторы. Области применения различных сцинтилляторов: сцинтилляторы для детектирования альфа-, бета, гамма- и нейтронного излучения.
Краткая характеристика других методов регистрации. Авторадиография.
Гамма-спектрометрия с использованием сцинтилляционных и полупроводниковых детекторов Блок-схема спектрометра. Аппаратурный γ -спектр. Пик полного поглощения энергии, комптоновский континуум, пики 'вылета'. Относительное энергетическое разрешение. Калибровка спектрометра по энергии и эффективности регистрации гамма-квантов по пику полного поглощения энергии. Спектрометрия α -излучения с помощью сцинтилляционных и полупроводниковых детекторов. Спектрометрия β -излучения с помощью сцинтилляционных и полупроводниковых детекторов.
Жидкостно-сцинтилляционная спектрометрия. Процессы преобразования энергии ионизирующего излучения в жидких сцинтилляторах. Химическое и оптическое тушение люминесценции. Аппаратура для ЖС-измерений.
Влияние свойств изотопа и условий измерения на величину регистрируемой активности. Связь регистрируемой и абсолютной активности. Поправки на разрешающее время и фон. Поправки на кинетику и схему распада, геометрию измерения, ослабление, самоослабление и рассеяние излучения, эффективность детектора, генетические и радиохимические примеси. Определение абсолютной активности радионуклида с помощью счетчиков и спектрометров методом относительных измерений.

Обработка результатов измерения радиоактивности.
Погрешности измерений. Типы погрешностей. Систематические погрешности при регистрации радиоактивности. Случайные погрешности. Распределение Гаусса. Среднее арифметическое, выборочная дисперсия и выборочное квадратическое отклонение как характеристики набора измерений. Статистический характер радиоактивного распада и распределение Пуассона. Дисперсия числа зарегистрированных прибором импульсов и среднее квадратическое отклонение отдельного измерения скорости счета. Доверительная вероятность и доверительный интервал отдельного измерения как характеристика точности метода измерения. Распределение Стьюдента. Доверительные погрешности среднего арифметического. Оценка точности косвенных измерений. Закон накопления погрешностей, его простейшие случаи. Погрешность скорости счета препарата с учетом фона. Выбор оптимальной продолжительности измерения препарата с фоном и фона. Критерий Гринфельда, его применение для выбора режима работы детектора и при планировании эксперимента. Представление результатов эксперимента и построение графиков с учетом погрешности измерений. Доверительный интервал для доверительной погрешности. Округление погрешностей и самих результатов измерений.

Радиационная безопасность и основные понятия дозиметрии.
Общие представления о механизме действия ионизирующего излучения на организм. Непосредственно и косвенно ионизирующее излучение. Поглощенная доза. Мощность дозы. Электронное равновесие. Керма. Экспозиционная доза как условная мера облучения биологической ткани.
Биологическое действие различных типов ядерных излучений. Эквивалентная доза, взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучений. Эффективная доза, взвешивающие коэффициенты для тканей и органов. Предел допустимой дозы облучения. Дозы естественного (фонового) облучения. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99).
Расчет доз от внешних источников ионизирующих излучений. Принцип расчета дозы от источника β -излучения. Учет дозы от тормозного излучения. Принцип расчета дозы от источника γ -излучения. Керма в воздухе. Керма-постоянная. Соотношение кермы в воздухе и эквивалентной (эффективной) дозы в биологической ткани.
Расчет и конструирование защиты от внешних источников бета- и гамма-излучения. Принцип конструирования защиты от лабораторных источников нейтронов. Организация работы с источниками α -излучения в лаборатории (краткое изложение).
Пути поступления радиоактивные веществ во внешнюю среду и в организм человека. Внутреннее облучение. Допустимые уровни радиоактивного загрязнения поверхности рабочих помещений и оборудования. Общие принципы организации и проведения химических экспериментов с радиоактивными веществами. Средства защиты.
 

Рекомендуемая литература
1. Руководство к практическим занятиям по физическим основам радиохимии (под ред. Несмеянова Ан. Н.)М.: Химия, 1971, 412 с.
2. Г. Фридлендер, Дж Кеннеди, Дж Миллер. //Ядерная химия и радиохимия, М.: Мир, 1967, 535 с.
3. В. Б. Лукьянов, С. С. Бердоносов, И. О. Богатырев, К. Б. Заборенко, Б. З. Иофа Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода. М.: Высшая школа, 1985, 287 с.
4. В. Б. Лукьянов, С. С. Бердоносов, И. О. Богатырев, К. Б. Заборенк, Б. З. Иофа Радиоактивные индикаторы в химии. Проведение эксперимента и обработка результатов. М.: Высшая школа, 1977, 280 с.
5. А. К. Пикаев /Современная радиационная химия. Основные положения. М.: Наука, 1985, 375 с.
6. Ю. А. Сапожников, Р. А. Алиев, С. Н. Калмыков Радиоактивность окружающей среды. Теория и практика. М.: БИНОМ, 2006, 286 с.
7. I. Zvara, P. Povinec, I. Sykora Determination of very low levels of radioactivity. Pure& Appl. Chem. V. 66 No. 12. P. 2537 (1994).
8. Нормы радиационной безопасности, НРБ- 99, М., Минздрав России, 1999, 114 с.
9. В. Ф. Козлов // Справочник по радиационной безопасности М., Энергоатомиздат, 1991,
10. В. П. Машкович, А. В. Кудрявцев Защита от ионизирующих излучений. М., Энергоиздат, 1995, 496 с.
11. Физические величины (Справочник) // Под ред. Григорьева И. С., Мейли-хо--ва Е. З., М.: Атомиздат, 1991, 1189 с.

Программа составлена
доц. Афанасовым М. И., доц. Куликовым Л. А.